WO2020240866A1 - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2020240866A1
WO2020240866A1 PCT/JP2019/021865 JP2019021865W WO2020240866A1 WO 2020240866 A1 WO2020240866 A1 WO 2020240866A1 JP 2019021865 W JP2019021865 W JP 2019021865W WO 2020240866 A1 WO2020240866 A1 WO 2020240866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
die
area
metal powder
paste
die pad
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/021865
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　賢次
Original Assignee
Ｊｘ金属株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｊｘ金属株式会社 filed Critical Ｊｘ金属株式会社
Priority to PCT/JP2019/021865 priority Critical patent/WO2020240866A1/ja
Publication of WO2020240866A1 publication Critical patent/WO2020240866A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/50—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor for integrated circuit devices, e.g. power bus, number of leads

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • Next-generation power devices are expected to have an operating temperature range of Max 250 ° C instead of the conventional Max 175 ° C.
  • Power devices are used in which a semiconductor chip is housed in a lead frame.
  • the lead frame typically supports the support (die pad) for supporting and fixing the semiconductor chip, the inner lead for connecting the wiring to the semiconductor chip, the outer lead for bridging with the external wiring, and these as a unit. It consists of a frame structure part for.
  • a semiconductor chip (die) is supported and fixed on a die pad, each electrode of the semiconductor chip and an inner lead are connected by a bonding wire, and the lead frame is embedded with a mold resin to form a semiconductor device.
  • the semiconductor chip is bonded and fixed to the die pad by a die attach material, and these are also embedded in the mold resin. Therefore, in the region not covered by the semiconductor chip, the die pad is in direct contact with and adheres to the mold resin.
  • Patent Document 1 the dimples are formed by roughening the surface of the support by plating, and in Patent Document 2, the surface is formed by forming smaller dimples in large dimples by press working.
  • a method for forming irregularities and Patent Document 3 describe a method for forming dimples with a laser. In both methods, the anchor effect is obtained by invading the uneven portion during the mold formation, and the adhesion is improved based on the principle that the adhesion strength is obtained.
  • the mold resin and the die pad are in direct contact with each other and adhere to each other even if there is a convex dimple structure on the semiconductor device. It was found that peeling may occur in the affected area. This adversely affects the reliability of the high temperature operation of power devices.
  • an object of the present invention is to provide a power device in which peeling of adhesion between a mold resin and a die pad is reduced.
  • the present inventor intentionally applies the sintered die attach material used for adhering a semiconductor chip and a die pad to a wide area beyond the area covered by the semiconductor chip.
  • the present invention has been reached by finding that the peeling of the adhesion between the mold resin and the die pad can be reduced.
  • the present invention includes the following (1) and the following.
  • a die-bonded body in which a die and a die pad are bonded by a sintered body of metal powder paste is a resin-molded semiconductor device.
  • the metal powder paste sintered body is a metal powder paste sintered body applied on the surface of the die pad.
  • a sintered body of metal powder paste is a semiconductor device that covers a region on which a die is placed and a region on which a die is not placed on the surface of a die pad.
  • the ratio of the area of the area where the die is not placed to the area of the area where the die is placed is in the range of 1.05 to 10.0.
  • the metal powder paste is a metal powder paste of a metal selected from the group consisting of Ag, Cu, and an alloy thereof.
  • the metal powder paste sintered body is a metal powder paste sintered body applied on the surface of the die pad.
  • the metal powder paste sintered body is a die-bonded body that covers the area on which the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad.
  • a method of manufacturing a semiconductor device including A manufacturing method in which a metal powder paste is applied to an area on which a die is placed and an area where a die is not placed on the surface of a die pad.
  • a method for producing a die-bonded body in which a die and a die pad are bonded which comprises a step of placing the die on a metal powder paste applied on the surface of the die pad and then sintering the die.
  • the present invention it is possible to reduce the peeling of the adhesive between the mold resin and the die pad in the semiconductor device.
  • the peeling of the adhesive between the mold resin and the die pad can be further reduced, which improves the reliability of operation at high temperatures required for power semiconductor devices. Can be improved.
  • the semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method including a step of placing a die on a metal powder paste applied on the surface of a die pad and then sintering the die, and a step of resin-molding the die and the die pad bonded by sintering. Therefore, it can be produced by a method in which the metal powder paste is applied on the surface of the die pad to the area where the die is placed and the area where the die is not placed.
  • the semiconductor device thus obtained is a semiconductor device in which a die bonding body in which a die and a die pad are bonded by a metal powder paste sintered body is resin-molded, and the metal powder paste sintered body is a die pad. It is a sintered body of the metal powder paste applied on the surface of the die, and the sintered body of the metal powder paste covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad. It is a united body.
  • a semiconductor integrated circuit is formed on the die (semiconductor chip), and this is adhered to and fixed to the die pad (support). Further, each electrode of the fixed die (semiconductor chip) and the inner lead are connected by a bonding wire and embedded with a mold resin to form a semiconductor device.
  • a die semiconductor chip manufactured using a known material can be used, and as the material, for example, Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Ga 2 O 3 (gallium oxide) can be used.
  • the die pad is a support for fixing the die, and a die pad made of a known material can be used.
  • a die pad made of a known material can be used.
  • Cu copper
  • Al aluminum
  • CuW copper tungsten
  • CuMo copper molybdenum
  • the die pad is integrally formed of the same material as a part of the lead frame together with the inner lead and the outer lead, and then each part is separated according to the process.
  • Die bonding body The die and the die pad are adhered to form a die bonding body.
  • the die portion of this die bonding body is electrically connected and embedded with a mold resin to form a semiconductor device having excellent heat resistance.
  • This die bonding body includes a sintered body that covers a region on which a die is placed and a region on which a die is not placed on the surface of the die pad, and excellent characteristics can be realized by a resin mold.
  • the present invention also relates to a die bonding body and a method for manufacturing the same.
  • the die and the die pad are bonded by placing the die on a metal powder paste applied on the surface of the die pad and then sintering the die.
  • This bonded portion is a sintered body of a metal powder paste, and bonding is performed by forming the sintered body.
  • This adhesion is performed so as to include a sintered body that covers the area where the die is placed and the area where the die is not placed on the surface of the die pad, and excellent characteristics can be realized by the resin mold.
  • the metal powder paste is not particularly limited as long as it can be sintered at a low temperature that does not damage the characteristics of the semiconductor device, and a known metal powder paste can be used.
  • a metal powder paste containing a metal powder, a solvent, a binder resin, and optionally an additive can be used.
  • the solvent, binder resin, and additive are compounds that can be removed by sintering.
  • as the metal powder for example, a metal powder having an average particle size in the range of 10 nm to 500 nm, a nano size, a submicron size, or a combination of a powder of these sizes and a flat metal powder is used. be able to.
  • the shape of the metal powder is not particularly limited, and for example, a metal powder having a spherical shape, a spheroidal shape, or a flattened shape thereof can be used, and a metal in which these metal powders are mixed. It may be powder.
  • a metal powder having a spherical shape, a spheroidal shape, or a flattened shape thereof can be used, and a metal in which these metal powders are mixed. It may be powder.
  • the metal of the metal powder for example, a metal selected from an alloy of Ag, Cu, and Ag—Cu can be used.
  • the metal powder can be in the form of a Cu powder coated with Ag.
  • the solvent a known solvent for preparing the paste can be used, and examples of such a solvent include ⁇ -terpineol and butyl carbitol.
  • binder resin a known binder resin can be used for preparing the paste, and any binder resin that decomposes at the sintering temperature may be used. Examples thereof include cellulose-based, acrylic-based, epoxy-based, and phenol-based binder resins. Can be done. Further, examples of such a binder resin include polyvinyl petitral resin and ethyl cellulose.
  • the sintering of the metal powder paste is carried out by surface oxidation at a temperature in the range of, for example, 200 to 400 ° C., preferably 200 to 300 ° C., for example, in a metal such as Ag having an unstable surface oxide, in an air atmosphere.
  • a metal such as Ag having an unstable surface oxide
  • it can be carried out in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere, preferably in a reducing gas atmosphere.
  • a metal powder paste Prior to placing the die, a metal powder paste is applied on the surface of the die pad. Since the applied metal powder paste becomes a sintered body by sintering, the area on the surface of the die pad where the metal powder paste is applied becomes a region covered by the sintered body of the metal powder paste by sintering. .. In the present invention, the region covered with the sintered body of the metal powder paste includes a region on which the die is placed and a region on which the die is not placed on the surface of the die pad.
  • the ratio of the area of the area where the die is not placed to the area of the area where the die is placed is, for example, 1.05 or more, 1.1. It can be 1.2 or more, 1.3 or more, 1.4 or more, 1.5 or more, 1.8 or more, 1.9 or more, 2.0 or more, for example, 1.05 to 10.0. Can be in the range of 1.5 to 10.0 and 2.0 to 10.0.
  • the ratio of the area minus the area of is: [Area of the coated area of the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad-Area of the die to be placed] / [Area of the surface of the die pad-Area of the die to be placed]
  • the ratio represented by is, for example, a range of 0.1 to 1.0, preferably a range of 0.2 to 1.0, or a range of 0.3 to 1.0, a range of 0.4 to 1.0. Can be.
  • the region covered with the sintered body of the metal powder paste on the surface of the die pad also in the region where the die is not placed the region covered with the sintered body in the subsequent resin mold.
  • the present inventor considers that the mold resin is brought into contact with the mold resin to form a resin mold, and the mold resin and the die pad are firmly adhered to each other through the sintered body coating region.
  • the sintered body exhibits a network structure.
  • the mesh structure is a structure in which a structure in which metal powder is sintered is a structure in which molten metal powder is connected without forming a dense structure with no gaps between the sintered metal powder, and is baked.
  • This network structure contains a large number of voids of, for example, about 0.1 ⁇ m to several ⁇ m, and this degree is expressed as porosity.
  • the porosity means that the area of the black region recognized as a void and the sintered material are filled by SEM observation of the sintered body on a cross section cut in a plane perpendicular to the die pad.
  • the porosity may be, for example, in the range of 0.15 to 0.50, preferably in the range of 0.2 to 0.40, and more preferably in the range of 0.25 to 0.35. it can.
  • the porosity is set to such a value, when the mold resin comes into contact with the region covered by the sintered body to form a resin mold, the mold resin penetrates into the voids of the sintered body and is baked. The present inventor believes that the mold resin and the die pad are particularly strongly adhered to each other through the body covering region.
  • the mold resin used for the resin mold there is no particular limitation as long as it is a resin material that can withstand the operating temperature of the semiconductor device, and a known mold resin can be used.
  • a known mold resin can be used.
  • the mold resin for example, an imide resin or an epoxy resin can be used.
  • This heat resistance refers to, for example, the elapse of a predetermined number of cycles in the conditions of the thermal cycle test in the examples of the specification, that is, in the thermal cycle test in which holding at -40 ° C for 30 minutes and holding at 250 ° C for 30 minutes as one cycle. Even after that, it means that no peeling is observed by ultrasonic flaw detection inspection.
  • the predetermined number of cycles is, for example, 100 cycles or more, preferably 150 cycles or more, more preferably 200 cycles or more, 300 cycles or more, 400 cycles or more, 500 cycles or more, 600 cycles or more, 900 cycles or more.
  • As the upper limit of the predetermined cycle for example, 2000 cycles or less, 1500 cycles or less, 1000 cycles or less can be given.
  • the semiconductor device according to the present invention is suitable as a semiconductor device used at a high temperature, and can be suitably used as, for example, a power semiconductor device. Therefore, the present invention also relates to semiconductor devices, heat-resistant semiconductor devices, power semiconductor devices, and methods for manufacturing them. Further, since the improvement of heat resistance according to the present invention can be carried out in combination with the conventional prevention of peeling or improvement of adhesiveness by dimple formation, the present invention is based on these conventional techniques. There are also semiconductor devices by combination and methods for manufacturing them.
  • Example 1 [Experiment with Ag paste] Ag paste was used as the die attach material.
  • As the Ag paste HPS-HB (silver nanoparticles, Ag filler having a diameter of about 1 ⁇ m) manufactured by Harima Chemicals Co., Ltd. was used.
  • a package of the same size as the TO-247 package which is a general package material having a size suitable for the die size of the prototype, was used.
  • As the semiconductor chip (die) a SiC (material) SBD chip (5 mm ⁇ 4.2 mm, thickness 0.235 mm) was used.
  • As the die pad a general lead frame (12 mm ⁇ 8 mm ⁇ thickness 2 mm) used for TO-247 was plated with Ni and Ag.
  • FIG. 1 is an SEM photograph of a region including a Cu die pad portion as a base.
  • the porosity of the network structure was calculated from the area of the black region, which is the void, and the area of the gray region, which is the region filled with Ag powder connected by sintering, with respect to the SEM photograph of the network structure.
  • the value of the porosity obtained was between 0.20 and 0.40.
  • the mold resin an imide resin (manufactured by Nippon Shokubai, product name IX-NC-CE) that can withstand high temperature device operation of 250 ° C. or higher, has a high softening point, and maintains high resistance even at high temperatures was used.
  • a die electrode and an inner lead are wire-bonded to a bonded body made of Ag paste obtained by the above operation using an Al wire, and the substrate bonded with the chip and the wire is preheated to 180 ° C. in a mold. After fixing to, the mold resin was put into a space called a pot. Then, it was preheated at 180 ° C. ⁇ 300 s and subsequently heated at 270 ° C. ⁇ 5 h to cure the mold, and the bonded body was embedded in the mold resin to obtain a resin mold package product. In this way, the resin molded package product was obtained as a semiconductor device produced in accordance with the TO-247 package standard.
  • Examples 2 to 4 [Experiment with Ag paste] The same material as in Example 1 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared according to the specifications of the TO-247 package.
  • the application of the paste is 1 mm from the long sides of the four sides of the square area covered by the die and the square area covered by the die on the Cu plate, respectively (Example 2), 1 Areas that form a square over a wide range of 0.7 mm (Example 3) and 2.5 mm (Example 4) (that is, 6.2 mm square (Example 2), 7.6 mm square (Example 3), 9.2 mm ⁇ Ag paste was applied so as to cover 8 mm (one side extends to the end of the pad portion) (Example 4)).
  • the porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 5 [Experiment with Ag paste] Using the same material as in Example 1, the same operation was performed to apply a paste, a bonded body was obtained, and SEM observation was performed to calculate the porosity. The porosity was between 0.35 and 0.45.
  • the mold resin an epoxy-based encapsulant having a glass transition point of 280 ° C. was used.
  • the electrode of the die and the inner lead are wire-bonded to the obtained bonded body by an Al wire, and the substrate is placed in a mold preheated to 200 ° C., and then the mold resin is placed in a space called a pot. I put it in. Then, it was molded-cured by heating at 200 ° C. for 2 hours, and the bonded body was embedded in a mold resin to obtain a resin mold package product. In this way, the resin molded package product was obtained as a semiconductor device produced in accordance with the TO-247 package standard.
  • Examples 6 to 8 [Experiment with Ag paste] The same material as in Example 5 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared according to the specifications of the TO-247 package.
  • the application of the paste is 1 mm from the long sides of the four sides of the square area covered by the die and the square area covered by the die on the Cu plate, respectively (Example 6), 1 Areas that form a square over a wide range of 0.7 mm (Example 7) and 2.5 mm (Example 8) (that is, 6.2 mm square (Example 6), 7.6 mm square (Example 7), 9.2 mm ⁇ Ag paste was applied so as to cover 8 mm (one side extends to the end of the pad portion) (Example 8)).
  • the porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 1 [Experiment with Ag paste] The same material as in Example 1 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared according to the specifications of the TO-247 package. Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Ag paste on the Cu plate so as to cover only the square area covered by the die. The porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 2 [Experiment with Ag paste] The same material as in Example 5 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared in accordance with the TO-247 package standard. Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Ag paste on the Cu plate so as to cover only the square area covered by the die. The porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Cu paste was used as the die attach material.
  • a Cu paste submicron Cu powder (made of JX metal) is dispersed in an alcohol-based solvent (alcohols) containing a binder resin so that the ratio of the Cu powder is 85 wt% with respect to the entire paste, and Cu is used. Adjusted the paste.
  • a package of the same size as the TO-247 package which is a general package material having a size suitable for the prototype die size, was used.
  • the semiconductor chip (die) a SiC SBD (material) chip (5 mm ⁇ 4.2 mm, thickness 0.2 mm) was used.
  • a lead frame (TO-247 package standard (plate portion ⁇ 12 mm ⁇ ⁇ 10 mm, thickness 2 mm)) conforming to the TO-247 package standard was used for the Cu plate.
  • a Cu paste was applied to the entire surface of one side of the Cu plate with a thickness of 70 ⁇ m using a stainless steel mask. Similar to the first embodiment, the Cu paste is applied on the Cu plate so as to cover the entire area of the Cu plate portion including the square area covered by the die and the square area covered by the die. I went. After arranging the die substantially in the center on the Cu plate coated with the Cu paste, the die and the die pad were bonded by firing in a formic acid atmosphere under a pressure of 300 ° C. and 1 MPa for 30 minutes. Pressurization was performed by sandwiching the pressurization in a direction substantially perpendicular to the die. In this way, a bonded body was obtained. The thickness of the portion (non-bonded portion of the sintered body) other than directly under the die of the obtained sintered body was 60 ⁇ m.
  • Example 12 to 14 [Experiment with Cu paste] The same material as in Example 11 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared according to the specifications of the TO-247 package.
  • the application of the paste is 1 mm from the long sides of the four sides of the square area covered by the die and the square area covered by the die on the Cu plate, respectively (Example 12), 1 Areas that form a square over a wide range of 0.7 mm (Example 13) and 2.5 mm (Example 14) (that is, 6.2 mm square (Example 12), 7.6 mm square (Example 13), 9.2 mm ⁇ Ag paste was applied so as to cover 8 mm (one side extends to the end of the pad portion) (Example 14)).
  • the porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 15 [Experiment with Cu paste] Using the same material as in Example 11, the same operation was performed to apply the paste, a bonded body was obtained, and the porosity was calculated by SEM observation.
  • Example 16 to 18 [Experiment with Cu paste] The same material as in Example 15 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared according to the specifications of the TO-247 package. Regarding the area of application of the paste, the application of the paste is 1 mm from the long sides of the four sides of the square area covered by the die and the square area covered by the die on the Cu plate (Example 16).
  • Example 17 Areas that form a square over a wide range of 1.7 mm (Example 17) and 2.5 mm (Example 18) (that is, 6.2 mm square (Example 16), 7.6 mm square (Example 17), 9.2 mm Cu paste was applied so as to cover ⁇ 8 mm (one side extends to the end of the pad portion) (Example 18)).
  • the porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 3 [Experiment with Cu paste] The same material as in Example 11 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared in accordance with the TO-247 package standard. Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste on the Cu plate so as to cover only the square area covered by the die. The porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Example 4 [Experiment with Cu paste] The same material as in Example 15 was prepared, and the same operation was performed except for the area where the paste was applied, the paste was applied, a bonded body was obtained, SEM observation was performed to calculate the porosity, and the bonded body was prepared. Molding was performed to obtain a resin molded package product as a semiconductor device prepared in accordance with the TO-247 package standard. Regarding the area of application of the paste, the application of the paste was performed by applying the Cu paste on the Cu plate so as to cover only the square area covered by the die. The porosity was between 0.20 and 0.40.
  • Coating area ratio (paste coating area-chip area) / (Cu plate area-chip area)
  • Thermodynamic cycle test The semiconductor devices obtained in Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 4 described above were subjected to a thermal cycle test.
  • the thermal cycle test was performed with 30 minutes of holding at ⁇ 40 ° C. and 30 minutes of holding at 250 ° C. as one cycle, and the peeling of the mold resin and the die pad after each number of cycles was evaluated.
  • the evaluation was performed by ultrasonic flaw detection inspection. The evaluation was carried out with 5 samples each, and when peeling was observed in more than half, peeling occurred. When peeling was observed, but not more than half of the samples, it was described as peeling observation. The results are shown in Table 2 below.
  • the present invention it is possible to obtain a semiconductor device in which peeling of adhesion between the mold resin and the die pad is reduced and the reliability of operation at high temperature is improved.
  • the present invention is an industrially useful invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイスによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減させた、パワーデバイスを提供する。

Description

半導体デバイス
　本発明は、半導体デバイスに関する。
　次世代パワーデバイスは使用温度範囲が従来のＭａｘ１７５℃からＭａｘ２５０℃になることが予想されている。パワーデバイスは、半導体チップがリードフレームに収められて使用される。リードフレームは、典型的には、半導体チップを支持固定するための支持体（ダイパッド）、半導体チップとの配線がつながるインナーリード、外部配線との橋渡しをするアウターリード、及びこれらを一体として支持するためのフレーム構造部分からなる。リードフレームは、半導体チップ（ダイ）をダイパッド上に支持固定して、半導体チップの各電極とインナーリードとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂によって包埋されて、半導体デバイスとなる。この半導体デバイス内において、半導体チップはダイアタッチ材によってダイパッドに接着されて支持固定されており、これらがあわせてモールド樹脂中に包埋されている。そのため、半導体チップに覆われない領域では、ダイパッドは、モールド樹脂と直接に接触して接着している。
　モールド樹脂材とリードフレームの密着性を向上させるために、支持体にディンプルを形成し、当該ディンプルによる凹凸構造によりアンカー効果を利用する方法が提案されている。
　ディンプル形成には、特許文献１では、支持体表面にメッキにより粗化処理をすることにより形成する方法、特許文献２では、プレス加工により大きなディンプルの中にさらに小さなディンプルを形成することにより表面に凹凸を形成する方法、特許文献３にはレーザーでディンプルを形成する方法が記載されている。いずれの方法も、モールド形成の際に凹凸部分にモールド樹脂が侵入することでアンカー効果が得られ、密着強度が得られる原理に基づき密着性の向上が図られている。
特開２０１０－２６７７３０号公報 特開２０１５－０６０８８９号公報 特開２０１０－１６１０９８号公報
　本発明者の知見によると、半導体デバイスの使用温度がこれまでより高温となると、これらの上に凸型のディンプル構造がある場合であっても、モールド樹脂とダイパッドとが直接に接触して接着した領域において、剥離が生じる場合があることがわかった。これはパワーデバイスの高温での動作の信頼性に、悪い影響を与える。
　したがって、本発明の目的は、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減させた、パワーデバイスを提供することにある。
　本発明者は、これまでの鋭意研究の結果、半導体チップとダイパッドの接着に使用される焼結型ダイアタッチ材を、半導体チップに覆われる領域を超えて、意図的に広い領域に塗布することによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減できることを見いだして、本発明に到達した。
　したがって、本発明は、次の（１）以下を含む。
（１）
　ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、
　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。
（２）
　ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率が、１．０５～１０．０の範囲にある、（１）に記載の半導体デバイス。
（３）
　次の式：
　［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積　－　載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積　－　載置されるダイの面積］
で表される比率が、０．１～１．０の範囲にある、（１）～（２）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（４）
　金属粉ペーストの焼結体が、網目構造を有する構造体である、（１）～（３）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（５）
　網目構造を有する構造体が、０．１５～０．５０の空隙率を有する、（４）に記載の半導体デバイス。
（６）
　金属粉ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、及びこれらの合金からなる群から選択された金属の金属粉ペーストである、（１）～（５）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（７）
　ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体であって、
　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、ダイボンディング体。
（８）
　ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、
　焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程、
を含む、半導体デバイスを製造する方法であって、
　金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
（９）
　ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程を含む、ダイとダイパッドが接着されたダイボンディング体を製造する方法であって、
　金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
　本発明によれば、半導体デバイスにおいて、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減することができる。特に半導体デバイスの使用温度をこれまでより高温とした場合においても、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離をより低減することができ、これによってパワー半導体デバイスに求められる高温での動作の信頼性を向上させることができる。
本願発明で得られた接合部の一部のＳＥＭ写真である。
　以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。
［半導体デバイスの製造］
　本発明による半導体デバイスは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程を含む製造方法であって、金属粉ペーストをダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域とダイの載置されない領域とに塗布されたものとする方法によって、製造することができる。
　このようにして得られた半導体デバイスは、ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体となっている。
［ダイ］
　ダイ（半導体チップ）には、半導体集積回路が形成されており、これがダイパッド（支持体）へ接着されて固定される。さらに固定されたダイ（半導体チップ）の各電極とインナーリードとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂によって包埋して、半導体デバイスとする。ダイとしては、公知の材質を用いて製造されたダイ（半導体チップ）を使用することができ、材質として、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、Ｇａ2Ｏ3（ガリウムオキサイド）を使用することができる。
［ダイパッド］
　ダイパッドは、ダイを固定するための支持体であり、公知の材質のダイパッドを使用することができ、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＣｕＭｏ（銅モリブデン）を使用することができる。典型的には、ダイパッドは、インナーリード、アウターリードとともに、リードフレームの一部として同じ材質で一体に形成されて、その後にそれぞれの部分が工程に応じて分離される。
［ダイボンディング体］
　ダイとダイパッドは接着されてダイボンディング体を形成する。このダイボンディング体のダイ部分が電気的に接続され、モールド樹脂によって包埋されて、耐熱性に優れた半導体デバイスとなる。このダイボンディング体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えており、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイボンディング体及びその製造方法にもある。
［ダイとダイパッドの接着］
　ダイとダイパッドは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結することによって接着される。この接着部分は、金属粉ペーストの焼結体となっており、この焼結体の形成によって、接着が行われる。この接着は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えるように行われて、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイとダイパッドとの接着方法にもある。
［金属粉ペースト］
　金属粉ペーストとしては、半導体デバイスの特性を毀損しない程度の低温で焼結可能であるものであれば、特に制約はなく、公知の金属粉ペーストを使用することができる。例えば、金属粉、溶媒、バインダー樹脂、および所望により添加剤を含む、金属粉ペーストを使用することができる。好適な実施の態様において、溶媒、バインダー樹脂、添加剤は、焼結によって除去可能な化合物が使用される。好適な実施の態様において、金属粉としては、例えば平均粒径が１０ｎｍ～５００ｎｍの範囲のサイズ、ナノサイズ、サブミクロンサイズ、これらのサイズの粉と扁平な金属粉を組み合わせた金属粉を使用することができる。金属粉の形状には、特に制約はなく、例えば、球状、回転楕円体状、あるいはこれらが扁平となった形状の金属粉を使用することができ、これらの形状の金属粉が混合された金属粉であってもよい。金属粉の金属としては、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｇ－Ｃｕの合金から選択された金属を使用することができる。あるいは金属粉を、Ａｇで被覆されたＣｕ粉の形態とすることができる。溶媒としては、ペースト作製に公知の溶媒を使用することができ、このような溶媒として例えばα―テルピネオール、ブチルカルビトールをあげることができる。バインダー樹脂としては、ペースト作製に公知のバインダー樹脂を使用することができ、焼結温度で分解するものであればよく、例えばセルロース系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のバインダー樹脂を挙げることができる。さらに、このようなバインダー樹脂として例えばポリビニールプチラール樹脂、エチルセルロースをあげることができる。
［焼結］
　金属粉ペーストの焼結は、例えば２００～４００℃、好ましくは２００～３００℃の範囲の温度によって、例えば、表面酸化物が不安定であるＡｇ等の金属においては、大気雰囲気下で、表面酸化物が安定であるＣｕ等の金属においては不活性ガス雰囲気下又は還元ガス雰囲気下、好ましくは還元ガス雰囲気下で、行うことができる。
［被覆領域比率］
　ダイの載置に先立って、ダイパッドの表面上に金属粉ペーストを塗布する。塗布された金属粉ペーストは焼結によって焼結体となるので、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストが塗布された領域は、焼結によって、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域となる。本発明において、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを含む。
　ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率は、例えば１．０５以上、１．１以上、１．２以上、１．３以上、１．４以上、１．５以上、１．８以上、１．９以上、２．０以上とすることができ、例えば１．０５～１０．０の範囲、１．５～１０．０の範囲、２．０～１０．０の範囲とすることができる。
　ダイパッドの接合される側の片面の表面の面積から載置されるダイの面積を引いた面積に対する、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域の面積から載置されるダイの面積を引いた面積の比率は、すなわち、次の式：
　［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積　－　載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積　－　載置されるダイの面積］
で表される比率は、例えば０．１～１．０の範囲、好ましくは０．２～１．０の範囲、あるいは０．３～１．０の範囲、０．４～１．０の範囲とすることができる。
　このように、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域を、ダイパッドの表面上において、ダイの載置されない領域にも設けることによって、その後の樹脂モールドにおいて、焼結体によって被覆された領域にモールド樹脂が接触して樹脂モールドがなされ、焼結体被覆領域を介してモールド樹脂とダイパッドが強固に接着されたものとなっていると、本発明者は考えている。
［空隙率］
　好適な実施の態様において、焼結体は、網目構造を呈するものとなっている。本発明において網目構造とは、金属粉が焼結した構造体が、焼結した金属粉の間に隙間のないち密な構造になることなく、溶融した金属粉が連結した構造となって、焼結した金属粉の間に空間部を有した構造をいう。この網目構造には、例えば０．１μｍ～数μｍ程度の多数の空隙が含まれており、この程度が空隙率として表現される。本発明において空隙率とは、焼結体を、ダイパッドに垂直な平面で切断した断面に対してＳＥＭ観察することによって、空隙と認められる黒色領域の面積と焼結された材料が充填されている灰色領域の面積の総和に占める、空隙と認められる黒色領域の面積の割合を表現した値である。好適な実施の態様において、空隙率は、例えば０．１５～０．５０の範囲、好ましくは０．２～０．４０の範囲、さらに好ましくは０．２５～０．３５の範囲とすることができる。このような空隙率とした場合には、焼結体によって被覆された領域にモールド樹脂が接触して樹脂モールドがなされる際に、焼結体の空隙中へモールド樹脂が侵入することによって、焼結体被覆領域を介してモールド樹脂とダイパッドが特に強固に接着されたものとなると、本発明者は考えている。
［樹脂モールド］
　樹脂モールドに使用されるモールド樹脂としては、半導体デバイスの動作温度に耐えられる樹脂材料であれば特に制約は無く、公知のモールド樹脂を使用することができる。モールド樹脂としては、例えばイミド系樹脂、エポキシ系樹脂を使用できる。
［耐熱性］
　本発明者の知見によると、従来の半導体デバイスは使用温度がさらに高温となると、モールド樹脂とダイパッドとが直接に接触して接着した領域において、剥離が生じる場合があることがわかっている。これに対して、本発明によれば、ダイとダイパッドとの接着に使用される金属粉ペーストを、ダイの接着に必要である範囲を超えて、ダイパッドに塗布することによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着をより強固にして、高温での剥離を防いで、優れた耐熱性、熱耐久性を実現している。
　この耐熱性とは、例えば、明細書の実施例における熱サイクル試験の条件、すなわち－４０℃の３０分保持と２５０℃の３０分保持を１サイクルとした熱サイクル試験において、所定サイクル数の経過後も、超音波探傷検査で剥離が観察されないことをいう。所定サイクル数とは、例えば１００サイクル以上、好ましくは１５０サイクル以上、さらに好ましくは２００サイクル以上、３００サイクル以上、４００サイクル以上、５００サイクル以上、６００サイクル以上、９００サイクル以上である。所定サイクルの上限としては、例えば２０００サイクル以下、１５００サイクル以下、１０００サイクル以下をあげることができる。超音波探傷検査で剥離が観察されるとは、超音波探傷装置を用いた透過像に濃淡により剥離があると観察されることをいう。
［半導体デバイス］
　本発明による半導体デバイスは、高温で使用される半導体デバイスとして好適であり、例えばパワー半導体デバイスとして、好適に使用することができる。したがって、本発明は、半導体デバイス、耐熱性半導体デバイス、パワー半導体デバイス、及びそれらの製造方法にもある。また、本発明による耐熱性の向上は、従来から行われているディンプル形成による剥離防止又は接着性向上とあわせて、実施することができるものであるから、本発明は、これらの従来技術との組み合わせによる半導体デバイス、及びその製造方法にもある。
　以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
［Ａｇペーストによる実験］
　ダイアタッチ材として、Ａｇペーストを使用した。
　Ａｇペーストとして、ハリマ化成製の商品名ＨＰＳ－ＨＢ（銀ナノ粒子、約１μｍ径Ａｇフィラー）を用いた。
　試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ－２４７パッケージと同等の大きさのパッケージを使用した。
　半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ（材質）ＳＢＤチップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２３５ｍｍ）を用いた。
　ダイパッドとして、ＴＯ－２４７に用いられる一般的なリードフレーム（１２ｍｍ×８ｍｍ×厚さ２ｍｍ）表面にＮｉとＡｇをメッキしたものを用いた。
［ペーストの塗布とボンディング］
　ステンレスマスクを使用してＡｇペーストをＣｕプレートの片面に、厚み７０μｍで塗布した。
　塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域を含めて、パッド部全面範囲の領域を覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　Ａｇペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中央位置に、ダイを配置した後に、大気中２５０℃で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。このようにしてボンディング体を得た。
　得られたＡｇ焼結体は、ダイとダイパッドとの接合部分と、ダイパッド上であってダイとの接合部分ではない部分（非接合部分）とにまたがるものとなった。この非接合部の厚みは６０μｍであった。
［ＳＥＭ観察と空隙率］
　得られたＡｇ焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面をＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。得られた接合部の一部のＳＥＭ写真を図１に示す。この図１は下地であるＣｕダイパッド部を含む領域のＳＥＭ写真である。この網目構造のＳＥＭ写真に対して、空隙である黒色領域の面積と、焼結によって連結されたＡｇ粉が充填された領域である灰色領域の面積から、網目構造の空隙率を算出した。得られた空隙率の値は、０．２０から０．４０の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
　モールド樹脂として、２５０℃以上の高温のデバイス動作に耐えられる、軟化点が高く、高温においても高抵抗が保たれるイミド系樹脂（日本触媒製、製品名ＩＸ－ＮＣ－ＣＥ）を使用した。
　上記の操作によって得られたＡｇペーストによるボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤーを用いてワイヤボンディングし、上記チップとワイヤでボンディングした基板を１８０℃に予備加熱した金型内に固定した後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、１８０℃×３００ｓでの予備加熱し、続けて２７０℃×５ｈで加熱することによって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例２～４］
［Ａｇペーストによる実験］
　実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例２）、１．７ｍｍ（実施例３）、２．５ｍｍ（実施例４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例２）、７．６ｍｍ角（実施例３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例５］
［Ａｇペーストによる実験］
　実施例１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。空隙率は０．３５から０．４５の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
　モールド樹脂として、ガラス転移点２８０℃のエポキシ系封止材を用いた。
　上記得られたボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤによってワイヤボンディングし、当該基板を２００℃に予備加熱した金型内に設置したした後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、２００℃×２ｈでの加熱によって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例６～８］
［Ａｇペーストによる実験］
　実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例６）、１．７ｍｍ（実施例７）、２．５ｍｍ（実施例８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例６）、７．６ｍｍ角（実施例７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例８））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例１］
［Ａｇペーストによる実験］
　実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例２］
［Ａｇペーストによる実験］
　実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１１］
［Ｃｕペーストによる実験］
　ダイアタッチ材として、Ｃｕペーストを使用した。
　Ｃｕペーストとして、サブミクロンＣｕ粉（ＪＸ金属製）を、バインダ樹脂を含むアルコール系溶剤（アルコール類）中に、Ｃｕ粉の割合がペースト全体に対して８５ｗｔ％となるように分散させて、Ｃｕペーストを調整した。
　試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ－２４７パッケージと同等のサイズのパッケージを使用した。
　半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ　ＳＢＤ（材質）チップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を用いた。
　ダイパッドとして、ＣｕプレートはＴＯ－２４７パッケージの規格に合うリードフレーム（ＴＯ－２４７パッケージの規格（プレート部～１２ｍｍ×～１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ））を用いた。
［ペーストの塗布とボンディング］
　ステンレスマスクを使用してＣｕペーストをＣｕプレートの片面の全面に、厚み７０μｍで塗布した。
　実施例１と同様に、塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域を含めてＣｕプレート部全面の領域を覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
　Ｃｕペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中心に、ダイを配置した後に、ギ酸雰囲気中３００℃、１ＭＰａの加圧下で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。加圧は、ダイに対してほぼ垂直な方向の加圧となるようにクリップで挟むことによって行った。このようにしてボンディング体を得た。
　得られた焼結体のダイ直下以外の部分（焼結体の非接合部分）の厚みは６０μｍであった。
［焼結体のＳＥＭ観察と空隙率］
　得られた焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面を、実施例１と同様に、ＳＥＭ観察すると、網目構造を示しており、実施例１と同様に空隙率を算出した。ＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
　実施例１と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例１２～１４］
［Ｃｕペーストによる実験］
　実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例１２）、１．７ｍｍ（実施例１３）、２．５ｍｍ（実施例１４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１２）、７．６ｍｍ角（実施例１３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１５］
［Ｃｕペーストによる実験］
　実施例１１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。
［ボンディング体のモールド］
　実施例５と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１６～１８］
［Ｃｕペーストによる実験］
　実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からからそれぞれ１ｍｍ（実施例１６）、１．７ｍｍ（実施例１７）、２．５ｍｍ（実施例１８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１６）、７．６ｍｍ角（実施例１７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１８））とを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例３］
［Ｃｕペーストによる実験］
　実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例４］
［Ｃｕペーストによる実験］
　実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ－２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
　上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
　空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１において、塗布面積率は次の式によって算出した。
塗布面積率＝（ペースト塗布面積－チップ面積）／（Ｃｕプレート面積－チップ面積）
［熱サイクル試験］
　上記の実施例１～１８及び比較例１～４によって得られた半導体デバイスに対して、熱サイクル試験を行った。
　熱サイクル試験は、－４０℃の３０分保持と２５０℃の３０分保持を１サイクルとして、行って、それぞれのサイクル数の後のモールド樹脂とダイパッドとの剥離を評価した。評価は、超音波探傷検査で実施した。評価はそれぞれ５個のサンプルで実施し、半数以上で剥離が観察された場合に剥離発生とした。剥離が観察されたが、サンプルの半数以上に至らない場合には、剥離観察と記載した。この結果を次の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明によれば、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減して、高温での動作の信頼性を向上させた半導体デバイスを得ることができる。本発明は産業上有用な発明である。

Claims (9)

  1. 　ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、
    　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
    　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。
  2. 　ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率が、１．０５～１０．０の範囲にある、請求項１に記載の半導体デバイス。
  3. 　次の式：
    　［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積　－　載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積　－　載置されるダイの面積］
    で表される比率が、０．１～１．０の範囲にある、請求項１～２のいずれかに記載の半導体デバイス。
  4. 　金属粉ペーストの焼結体が、網目構造を有する構造体である、請求項１～３のいずれかに記載の半導体デバイス。
  5. 　網目構造を有する構造体が、０．１５～０．５０の空隙率を有する、請求項４に記載の半導体デバイス。
  6. 　金属粉ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、及びこれらの合金からなる群から選択された金属の金属粉ペーストである、請求項１～５のいずれかに記載の半導体デバイス。
  7. 　ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体であって、
    　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
    　金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、ダイボンディング体。
  8. 　ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、
    　焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程、
    を含む、半導体デバイスを製造する方法であって、
    　金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
  9. 　ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程を含む、ダイとダイパッドが接着されたダイボンディング体を製造する方法であって、
    　金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
PCT/JP2019/021865 2019-05-31 2019-05-31 半導体デバイス WO2020240866A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/021865 WO2020240866A1 (ja) 2019-05-31 2019-05-31 半導体デバイス

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/021865 WO2020240866A1 (ja) 2019-05-31 2019-05-31 半導体デバイス

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020240866A1 true WO2020240866A1 (ja) 2020-12-03

Family

ID=73553996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/021865 WO2020240866A1 (ja) 2019-05-31 2019-05-31 半導体デバイス

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020240866A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016146398A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP2018085480A (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2019040994A (ja) * 2017-08-25 2019-03-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US20190109112A1 (en) * 2017-10-05 2019-04-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor Die Attach System and Method
JP2019106489A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 Ｊｘ金属株式会社 半導体デバイス

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016146398A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP2018085480A (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2019040994A (ja) * 2017-08-25 2019-03-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US20190109112A1 (en) * 2017-10-05 2019-04-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor Die Attach System and Method
JP2019106489A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 Ｊｘ金属株式会社 半導体デバイス

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5664625B2 (ja) 半導体装置、セラミックス回路基板及び半導体装置の製造方法
KR101204187B1 (ko) 소성 접합을 이용한 파워 모듈 및 그 제조 방법
KR101102214B1 (ko) 금속 표면의 접촉을 위한 방법 및 페이스트
US8415207B2 (en) Module including a sintered joint bonding a semiconductor chip to a copper surface
JP6319643B2 (ja) セラミックス−銅接合体およびその製造方法
KR20120068831A (ko) Ｌｅｄ 칩 접합체, ｌｅｄ 패키지, 및 ｌｅｄ 패키지의 제조 방법
US20150123263A1 (en) Two-step method for joining a semiconductor to a substrate with connecting material based on silver
US9640511B2 (en) Method for producing a circuit carrier arrangement having a carrier which has a surface formed by an aluminum/silicon carbide metal matrix composite material
JP6146007B2 (ja) 接合体の製造方法、パワーモジュールの製造方法、パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
JP5968046B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6399906B2 (ja) パワーモジュール
JP2019067986A (ja) 電力用半導体装置
WO2017135139A1 (ja) Ａｇ下地層付き金属部材、Ａｇ下地層付き絶縁回路基板、半導体装置、ヒートシンク付き絶縁回路基板、及び、Ａｇ下地層付き金属部材の製造方法
US10290602B2 (en) Semiconductor device and method of making semiconductor device
JP6574234B2 (ja) 半導体デバイス
JP6619661B2 (ja) 半導体装置、並びに半導体装置の製造方法
WO2020240866A1 (ja) 半導体デバイス
TWI701783B (zh) 半導體裝置
JP6780398B2 (ja) 樹脂封止パワーモジュールの製造方法
JP6712620B2 (ja) 半導体デバイス
JP2014207490A (ja) 絶縁基板、その製造方法、半導体モジュールおよび半導体装置
KR102258498B1 (ko) 레이저 소결에 의한 반도체 칩의 접합방법
JP2014030059A (ja) 絶縁基板、その製造方法、半導体モジュールおよび半導体装置
Watanabe et al. Material design and process conditions of pressureless sintered silver for 200/-40 C thermal cycling reliability
TWI745572B (zh) 電子零件安裝模組

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19931252

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19931252

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP